本公眾號(hào)【讀芯樹：duxinshu_PD】主要介紹數(shù)字集成電路物理設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)，才疏學(xué)淺，如有錯(cuò)誤，歡迎指正交流學(xué)習(xí)。

這是集成電路物理設(shè)計(jì)的第四個(gè)系列【Power】的第四篇文章，本篇文章主要介紹Internal Power相關(guān)內(nèi)容：

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什么是Internal Power?

Internal Power: cell內(nèi)部消耗的動(dòng)態(tài)功耗，包括internal switching power和short-circuit power，還包括hidden power。

Internal Switching Power: cell內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的充放電，由input transition time和output load決定。

Short-Circuit Power: cell在翻轉(zhuǎn)過程中，瞬態(tài)同時(shí)開啟PMOS和NMOS產(chǎn)生的功耗。

Hidden Power: 當(dāng)輸入信號(hào)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，但輸出信號(hào)沒有翻轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的功耗，只與input transition time有關(guān)。時(shí)序邏輯器件一般都會(huì)存在hidden power。

Internal Power一般可以通過.lib/.db得到，其大小和are/pin上的有效toggle, 輸入pin的transition以及輸出負(fù)載大小有關(guān)系。internal switching power還與cell type有關(guān)系。

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如何計(jì)算Internal Power?

internal power的大小依賴于cell的state和path。

internal power一般是通過input transition和output load capacitance的二維查找表得到，在先進(jìn)工藝庫中，為提高精度會(huì)使用三維查找表：input slew, output load capacitance和second output load capacitance。

與cell的input pin相關(guān)的power只與input transition time相關(guān)：

與cell的output pin相關(guān)的power與input transition time和output net capacitance相關(guān)

一個(gè)cell的power會(huì)包含兩部分：rise transition power和fall transition power。

Example: 以AND2D1為例，lib中定義了A1 pin到Z pin的內(nèi)部功耗，設(shè)A1的transition為18ps, Z的load為0.336pf，A1的toggle rate為0.5，   

通過插值計(jì)算得到18ps&0.336pf對應(yīng)的rise_power和fall_power

rise_power=0.0061       fall_power=0.0059

cell_internal_power = 0.5*0.0061 + 0.5*0.0059

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為何有時(shí).lib中的Internal Power為負(fù)值?

Internal Power的負(fù)值是由不同的K-lib建模方式?jīng)Q定的。

一般有三種建模方式(liberate)：pin_based_power=0, pin_based_power=1, pin_based_power=2。

pin_based_power = 0，只對positive supply node建模，不適用于先進(jìn)power模型，如CCSP/ECSMP。Rise Energy為實(shí)測值減去C*V*V，可能為負(fù)值，F(xiàn)all Energey為實(shí)測值，一定為正值。internal_rise_ennergy = dynamic_rise_energy_measured - C*V*Vinternal_fall_ennergy = dynamic_fall_energy_measured 

pin_based_power = 1 (default)對所有的power pin(VDD&VSS)進(jìn)行建模，Rise Energy為實(shí)測值減去0.5*C*V*V，一般為正值，F(xiàn)all Energey為實(shí)測值減去0.5*C*V*V，可能為負(fù)值。internal_rise_ennergy = dynamic_rise_energy_measured - 0.5*C*V*Vinternal_fall_ennergy = dynamic_fall_energy_measured - 0.5*C*V*V

pin_based_power = 2，對所有的power pin進(jìn)行建模，同時(shí)考慮了輸入pin的狀態(tài)。Rise Energy為正值，F(xiàn)all Energey可能為負(fù)值。internal_rise_ennergy = dynamic_rise_energy_measured - 0.5*C*V*Vinternal_fall_ennergy = dynamic_fall_energy_measured - 0.5*C*V*V

無論K-lib是哪種模型，總的能量 > 0rise_internal_power = rise_internal_energy * rise_toggle_ratefall_internal_power = fall_internal_energy * fall_toggle_rateTotal_internal_energy = dyanmic_rise_energy_measured + dynamic_fall_energy_measured - C*V*V

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參考文獻(xiàn)

1，Synopsys Solvnet

2，Liberate Useguide

3，Techfile library